温度传感器原理有哪些
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温度传感器原理有哪些,很多的电子设备都是需要用到传感器,很多人不太了解传感器,传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,以下分享温度传感器原理有哪些呢?
温度传感器工作原理
1、金属膨胀原理设计的传感器
金属在环境温度变化后会产生一个相应的延伸,因此传感器可以以不同方式对这种反应进行信号转换。
2、双金属片式传感器
双金属片由两片不同膨胀系数的金属贴在一起而组成,随着温度变化,材料A比另外一种金属膨胀程度要高,引起金属片弯曲。弯曲的曲率可以转换成一个输出信号。
3、双金属杆和金属管传感器
随着温度升高,金属管(材料A)长度增加,而不膨胀钢杆(金属B)的长度并不增加,这样由于位置的改变,金属管的线性膨胀就可以进行传递。反过来,这种线性膨胀可以转换成一个输出信号。
4、液体和气体的变形曲线设计的传感器
在温度变化时,液体和气体同样会相应产生体积的变化。
多种类型的结构可以把这种膨胀的变化转换成位置的变化,这样产生位置的变化输出(电位计、感应偏差、挡流板等等)。
5、电阻传感
金属随着温度变化,其电阻值也发生变化。
对于不同金属来说,温度每变化一度,电阻值变化是不同的,而电阻值又可以直接作为输出信号。
6、热电偶传感
热电偶由两个不同材料的金属线组成,在末端焊接在一起。再测出不加热部位的环境温度,就可以准确知道加热点的温度。由于它必须有两种不同材质的导体,所以称之为热电偶。
不同材质做出的热电偶使用于不同的温度范围,它们的灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度是指加热点温度变化1℃时,输出电位差的变化量。对于大多数金属材料支撑的热电偶而言,这个数值大约在5~40微伏/℃之间。
温度传感器是一种通过传导达到热平衡的测量设备,温度传感器是用来测量温度的,一般在工业使用。温度传感器可以用来测量一些运动中的物体,也可以用来测量一些热容量很小的物体,是一种会产生比较大误差的测量工具。
温度传感器可以分为好几种,比较常见的是接触式温度传感器和非接触式温度传感器。我们在使用温度传感器的时候,对测量的对象是需要进行及时记录的。
温度传感器工作原理
1、热电偶传感器工作原理
当有两种不同的导体和半导体A和B组成一个回路,其两端相互连接时,只要两结点处的温度不同,一端温度为T,称为工作端或热端,另一端温度为TO,称为自由端或冷端,则回路中就有电流产生,即回路中存在的电动势称为热电动势。
这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。与塞贝克有关的效应有两个:其一,当有电流流过两个不同导体的连接处时,此处便吸收或放出热量(取决于电流的方向),称为珀尔帖效应;
其二,当有电流流过存在温度梯度的导体时,导体吸收或放出热量(取决于电流相对于温度梯度的方向),称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。
2、电阻传感器工作原理
导体的电阻值随温度变化而改变,通过测量其阻值推算出被测物体的温度,利用此原理构成的传感器就是电阻温度传感器,这种传感器主要用于-200—500℃温度范围内的温度测量。纯金属是热电阻的主要制造材料,热电阻的材料应具有以下特性:
(1)、电阻温度系数要大而且稳定,电阻值与温度之间应具有良好的线性关系。
(2)、电阻率高,热容量小,反应速度快。
(3)、材料的复现性和工艺性好,价格低。
(4)、在测温范围内化学物理特性稳定。
目前,在工业中应用最广的铂和铜,并已制作成标准测温热电阻。
3、红外温度传感器
在自然界中,当物体的温度高于绝对零度时,由于它内部热运动的存在,就会不断地向四周辐射电磁波,其中就包含了波段位于0.75~100μm的`红外线,红外温度传感器就是利用这一原理制作而成的。
4、数字式温度传感器
它采用硅工艺生产的数字式温度传感器,其采用PTAT结构,这种半导体结构具有精确的,与温度相关的良好输出特性。PTAT的输出通过占空比比较器调制成数字信号,占空比与温度的关系如下式:DC=0.32 0.0047*t,t为摄氏度。
输出数字信号故与微处理器MCU兼容,通过处理器的高频采样可算出输出电压方波信号的占空比,即可得到温度。该款温度传感器因其特殊工艺,分辨率优于0.005K。
5、逻辑输出型温度传感器
设定一个温度范围,一旦温度超出所规定的范围,则发出报警信号,启动或关闭风扇、空调、加热器或其它控制设备,此时可选用逻辑输出式温度传感器。LM56、MAX6501-MAX6504、MAX6509/6510是其典型代表。
6、模拟温度传感器
常见的模拟温度传感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103电压输出型、AD590电流输出型。
AD590是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器,供电电压范围为3~30V,输出电流223μA(-50℃)~423μA( 150℃),灵敏度为1μA/℃。当在电路中串接采样电阻R时,R两端的电压可作为输出电压。
注意R的阻值不能取得太大,以保证AD590两端电压不低于3V。AD590输出电流信号传输距离可达到1km以上。作为一种高阻电流源,最高可达20MΩ,所以它不必考虑选择开关或CMOS多路转换器所引入的附加电阻造成的误差。适用于多点温度测量和远距离温度测量的控制。
1、什么是传感器?
传感器(Sensor)是指将收集到的信息转换成设备能处理的信号的元件或装置。人类会基于视觉、听觉、嗅觉、触觉获得的信息进行行动,设备也一样,会根据传感器获得的信息进行控制或处理。
传感器收集转换的信号(物理量)有温度、光、颜色、气压、磁力、速度、加速度等,这些利用了半导体的物质变化。除此之外,还有利用酶和微生物等生物物质的生物传感器。传感器的种类繁多,大约有3万种以上。
要想彻底搞清楚传感器,几乎要跨越所有的制造业门类,难度有如识别满天繁星。常见的传感器种类有:温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。
2、传感器有多重要?
传感器处于一切工业产品的最前沿阵地,它提供了感知物理世界的第一道哨卡。这些传感器提供实时监控,包括过程所需的检测和报告。
发送由传感器监视和收集的数据以进行控制和分析,并且通过传感器发出电信号来报告特定属性中的任何异常。这样,传感器可以提高流程效率和产品质量,同时确保流程符合最佳实践。因此,没有众多优良的传感器,现代化生产也就失去了基础。
传感器的主要特点包括:提高了数据捕获的灵敏度,几乎无损的传输以及连续,实时的分析。实时反馈和数据分析服务可确保流程处于活动状态并以最佳方式执行。
传感技术的不断发展催生了当今的智能传感器。与传统的没有有源组件的模拟传感器不同,智能传感器包含电路,允许它们进行测量并将值输出为数字数据。这些传感器具有嵌入式微处理器单元,并在信号转换器上安装了许多传感设备。
智能传感器能够执行许多内在的智能功能,例如自我测试,自我验证,自我适应和自我识别的能力。他们了解流程要求,管理各种条件,并可以检测条件以支持实时决策。这些智能传感器针对多种过程条件进行了编程,使执行人员可以获得最大收益。
中国、美国、德国等世界将传感器列为未来重大科技项目,想要在传感器上实现技术突破,足以说明它的重要性。世界联合商会更是曾做出评价:谁支配了传感器,谁就能支配了新时代。
3、传感器市场保持较快增长
2012年至2021年,我国工业增加值从20.9万亿元增长到37.3万亿元;以不变价计算,工业增加值年均增长6.3%,远高于同期全球工业增加值2%左右的年均增速;制造业增加值从16.98万亿元增加到31.4万亿元,占全球比重从22.5%提高到近30%。
万物互联,工业增加值的快速提升,背后离不开强大传感器的支撑。信息时代,传感器在工业生产、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断等领域得到广泛应用。
到2025年,物联网带来的经济效益将在2.7万亿到6.2万亿美元之间,其中传感器作为物联网技术最重要的数据采集入口,将迎来广阔的发展空间。
我国的制造强国战略,同样离不开强大传感器的支撑!据中国信通院数据显示,近年来中国传感器市场规模保持较快增长,2019年中国传感器市场依然保持增长,整体市场规模达到2188.8亿元,同比增长12.7%。2021年市场规模达到2951.8亿元,增速达17.6%。
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